Das ENSO-Phänomen

Primärproduktion

Menge der Biomasse, die von den grünen Pflanzen, somit auch vom pflanzlichen Plankton, aus anorganischen Verbindungen während einer bestimmten Zeitspanne aufgebaut wird. Dieser Prozess vollzieht sich ganz überwiegend mit Hilfe der Photosynthese, die im Wasser nur in den oberen, lichtdurchfluteten Schichten möglich ist. Einige wenige, relativ einfache Lebensformen stellen mit Hilfe der Chemosynthese direkt aus energiereichen anorganischen Molekülen in ihrer Umgebung nutzbare Energie her und tragen zur Primärproduktion bei.

Primärproduktion wird oft als die in Gramm angegebene Masse oder das Trockengewicht von organischem Kohlenstoff definiert, der unter einem Quadratmeter Meeresoberfläche pro Zeiteinheit (gC/m²/Zeiteinheit) entstanden ist. Obwohl 71 % der Erdoberfläche vom Meer bedeckt sind, entfallen auf die Ozeane nur ca. 44 % der gesamten Bruttoproduktion der Biosphäre und lediglich ca. 32 % von der Nettoproduktion. Die Hauptmenge mariner Produktion leisten die mikroskopischen Algen des Phytoplanktons mit ca. 95 %.

Primärproduktion im Meer vollzieht sich vor allem in Auftriebsgebieten, in denen aufquellendes Tiefenwasser die Nährstoffe (vor allem Phosphat, Nitrat und Silikat) in die euphotische Zone liefert. Das Silikat-Ion SiO₄^- wird für den Aufbau der äußeren Schale der einzelligen pflanzlichen Diatomeen und des Skeletts einiger Protozoen benötigt.

Primärproduktion stellt die erste Stufe trophischer (die Nährstoffversorgung betreffend) Ebenen innerhalb einer Nahrungskette - z.B. vom Phytoplankton zum Killerwal - dar. Die durchschnittliche Effizienz des Energietransfers von einer trophischen Stufe zur nächsten innerhalb einer Nahrungskette im offenen Meer beträgt etwa 10 Prozent. Würde darüber hinaus ein Mensch ein Kilogramm an Körpergewicht zunehmen wollen, benötigte er 10 kg Lachs. Die jeweils nächstniedrigere Stufe müsste folgende Massen bereitstellen um das erstgenannte Ziel zu erreichen: 100 kg kleine Fische, 1.000 kg fleischfressendes Zooplankton, 10.000 kg pflanzenfressendes Zooplankton, 100.000 kg Phytoplankton. Der 90-prozentige Energieverlust auf jeder Trophiestufe erklärt sich aus dem Energiebedarf für Stoffwechselvorgänge, Atmung, Bewegung, Fortpflanzung, Fütterung und Wärmeverlust.

In Auftriebsgebieten ist die Nahrungskette kürzer, da die dort fischereiwirtschaftlich wichtigen Fische wie Anchoveta und Sardinen direkt Phytoplankton aufnehmen und so die Effizienz deutlich erhöhen können. Dies ist auch eine Erklärung für den dortigen Fischreichtum.

Die Primärproduktion wird von mehreren Klimafaktoren beeinflusst:

• Temperatur: Wachstum und Artenzusammensetzung des Phytoplanktons sind stark temperaturabhängig. Die Primärproduktion wird durch Erwärmung zunächst direkt gefördert. Doch kann die erhöhte Temperatur indirekt auch die Produktion bremsen, z. B. über verringerte Nährstoffzufuhr als Folge einer ausgeprägteren Temperaturschichtung.
• Licht: Veränderungen der Eis- oder Wolkenbedeckung des Oberflächenwassers haben direkten Einfluss auf die Primärproduktion, da das Phytoplankton Sonnenlicht als Energiequelle benötigt. Die Lichtversorgung des Phytoplanktons nimmt auch mit wachsender Durchmischungstiefe des Oberflächenwassers ab.
• Nährstoffe: Der Klimawandel kann indirekt auch die Versorgung des Phytoplanktons mit Nährstoffen (vor allem Stickstoff und Phosphor, aber auch „Mikronährstoffe“ wie z. B. Eisen) beeinflussen. Aus der produktiven oberen Schicht der Ozeane werden durch das Absinken abgestorbener Organismen ständig organische Substanz und damit auch Nährstoffe in die Tiefsee exportiert („biologische Pumpe“). Der Rücktransport in die oberen Schichten findet vor allem durch Aufwärtsströmungen und vertikale Mischung statt, die über Temperaturschichtung, Wind- und Strömungsverhältnisse vom Klima beeinflusst werden.

Produktivität in tropischen Ozeanen Obwohl die Tropen ganzjährig ausreichend Sonnenlicht zur Primärproduktion empfangen, verhindert eine permanente Thermokline die Vermischung von Oberflächen- und Tiefenwasser. Da Phytoplankton das in der oberflächennahen Deckschicht vorhandene Nährstoffangebot aufbraucht, ist die Produktivität begrenzt, denn die Thermokline verhindert den Nachschub von Nährstoffen aus den teiferen Wasserschichten. Daher bleibt die Produktivität auf einem konstant niedrigen Niveau. Quelle: Thurman / Trujillo 2002

Das Verständnis der klimagesteuerten Prozesse bei der Primärproduktion – z. B. deren Temperatursensitivität – ist offensichtlich unzureichend. Die Qualität gekoppelter Klima-, Ozean- und Ökosystemmodelle lässt derzeit keine belastbaren Aussagen hinsichtlich der künftigen Entwicklung zu.

Bitte beachten Sie auch die Abbildungen zu Formen des Planktons im Anhang.